机械制造技术基础总复习

1、机械制造技术基础总复习关于本课程 性质：专业基础课 知识要求：通过本课程的学习，能够应用金属切削和机械制造工艺的基本理论，机床、刀具和夹具的基本知识，根据质量、生产率和生产成本要求，按照加工条件选择刀具几何参数、刀具材料及切削用量等，能够根据被加工零件的具体情况和常用金属切削机床的用途、工艺范围，对合理选择金属切削机床。基本掌握分析机床传动系统的能力，初步了解设计机床传动系统的基本方法。 能力要求：通过本课程的学习，使学生具备设计批量生产机械产品加工工艺规程和专用夹具的基本能力，使学生初步具有分析和解决机械制造过程中一般技术问题的能力。 特点：系统性、综合性和实践性强。 1、机械制造及其生命周

2、期 机械制造是一个将物料、能源、设备、工具、资金、技术、信息和人力等制造资源通过制造系统转化为可以供人们使用或利用的产品的过程。 制造系统是指覆盖全部产品生命周期的制造活动所形成的系统，它涉及从产品的设计、制造、装配、市场乃至回收的全过程。 机械制造的根本宗旨是以最小的资源消耗、最低的环境污染度，产生最大的社会和经济效益总复习之一 ：概论部分要点 技术开发 经济投入：10 影响度：10%中间实验 经济投入：100 影响度：10%生产上市 经济投入：1000 影响度：10%开发决策 经济投入1 影响度：70%新产品开发意向开发调研科技调研市场调研竞争环境调研 企业内部调研调研分析立项评估开发决策

3、产品概念设计产品方案设计产品技术设计产品生产设计 产品小批试制产品开发决策产品样品试制产品试销产品投产2、机械产品的开发与构成；3、机械制造系统零件制造过程原料或毛坯存储运输制造检验成品机械制造系统信息系统能源能量系统物流信息流能量流图例：物流信息流能量流原料或毛坯存储机 床 刀具 夹 具机 械 加工 工 艺过 程检验成品机械制造系统信息系统能源能量系统工 艺 规 程 、 数 控 程 序 、 适 用 控 制 模 型 等上工序下工序图例： 生产纲领的计算：N=Qn(1+a)(1+b)50000 50001000大量生产50005000050050003001000大批生产500500020050

4、0100300中批生产100500202005100小批生产 100 20TprTp当产品销路不畅或初创时，选最低成本耐用度Tc ； 当产品畅销甚至供不应求时，选最大利润耐用度Tpr ； 当产品急需时，选最高生产率耐用度Tp 。 目前多采用经验数据并附以必要的计算选择切削用量。切削用量的优化选择和建立切削数据库是合理选用切削用量的发展趋势。 切削用量的合理选择 粗加工：以提高生产率为基本原则，粗加工中首先选择尽可能大的背吃刀量ap；其次按照工艺系统刚性和技术条件的允许选择最大的进给量f，；最后根据刀具使用寿命确定切削速度vc。精加工：以满足工件需要的加工精度和表面质量为原则,首先选择尽可能大的

5、切削速度vc背吃刀量ap；其次按照生产率要求和工件技术要求选择尽量小的背吃刀量ap和进给量f 。 采用切削性能更好的新型刀具材料； 在保证工件力学性能的前提条件下，改善关键材料的切削加工性； 采用性能优良的切削液和高效的冷却润滑方法，改善冷却润滑条件； 改进刀具结构，提高刀具制造质量。 提高切削用量的途径切削液的作用冷却 润滑冲洗 防锈控制过程参数v、ap、fo 、o、 r、 s 切削条件优化最理想的加工效率合格的加工质量良好的经济性控制中间因素刀具使用寿命T 结果过程优化金属切削过程与控制总复习之三： 金属切削机床部分要点1、金属切削机床的基本概念 基本知识 机床的分类和编号、机床的技术性能

6、，常用金属切削机床的基本功能和选用。 机床的运动分析 工件表面的形成：母线沿导线运动的轨迹形成工件表面。母线和导线统称为形成表面的发生线。形成发生线的 方法：轨迹法、成形法、展成法、相切法。形成发生线所需的运动叫成形运动，其分为主运动和进给运动。 成形运动分为 简单成形运动和复合成形运动。除了成形运动外，机床分度运动、切入运动、辅助运动以及操纵及 控制运动等 。 机床运动分析的基本方法 ： 表面 运动 传动 机构 机床的传动 机床的基本组成部分：动力源、传动件、执行件。传动链、外联系传动链、内联系传动链；换置机构和移换机构。 机床传动原理图、机床传动系统图的使用。2、 典型机床的传动原理和传动

7、系统分析 CA6140型普通卧式车床和Y3150E型滚齿机的传动原理和传动系统分析。3、组合机床及组合机床自动线 总复习之四： 机械加工方法部分要点1、零件的种类及组成零件的表面 轴类零件、盘套类零件、支架箱体类零件、六面体类零件、机身机座类零件、特殊类零件。组成零件常见的表面有外圆、内圆、锥面、平面、螺纹、齿形和成形面，以及各种沟槽等。2、常用的加工方法常用的切削加工方法、磨削加工方法、精密加工方法和特种加工方法。 切削加工方法的选择 表面形状加工方法 平面 孔 外圆 回转曲面 自由曲面 齿轮齿面 车车端面车内孔内锥空车外圆成形车靠模车数控车铣立铣卧铣铣孔数控铣旋风铣数控铣仿形铣铣齿滚切齿轮

8、刨牛头刨龙门刨插键槽锥齿刨插齿磨平面磨磨内孔内锥孔外磨圆成形磨仿形磨数控磨曲线磨靠模磨齿轮磨数控齿轮磨钻锪台阶 钻孔扩孔镗镗孔保证中心距、垂直度总复习之五： 机床夹具部分要点1、夹具的功用、组成及分类： 在机床上用于工件的定位和夹紧或者引导刀具的装置，以保证工件相对机床有一个正确的、准确的和可靠的位置。夹具主要由定位元件、夹紧装置、对刀装置或刀具引导装置，以及夹具体组成。此外，连接元件、分度机构、和操作元件也是夹具不可或缺的组成部分。夹具通常按照通用程度、使用机床和动力源不同进行分类。2、工件在夹具中的定位：工件定位目的：使同批工件在机床或夹具上有正确位置。工件定位方法：直接找正、划线找正和定

9、位夹具定位。六点定位原理： 合理布置夹具上留个六个定位支承点的位置，使工件上相应的定位基准面与之保持接触，工件在空间的六个自由度被分别限制， 在在空间得到唯一的位置。完全定位与不完全定位，过定位与欠定位。定位与夹紧的区别： 定位是使工件占有一个正确的位置，夹紧是使工件保持这个正确位置。定位方案设计：先工具加工要求分析工件哪些自由度必须被限制，再选定关键上的定位基准面以相应的定位原件去限制。确定定位方案时，必须很清晰的知道哪个定位元件与工件的哪个定位支撑面配合，限制了工件的哪些自由度；必须保证没有过定位和欠定位现象存在，尤其是欠定位现象，绝对不允许存在。 组合表面定位一个平面和与其垂直的两个孔组

10、合组合表面定位一个平面和与其垂直的两个孔组合总复习之五： 机床夹具部分要点 3、定位误差的分析计算 定位误差概念 指一批工件在夹具中定位时，工件的设计基准（或工序 基准）在加工尺寸方向上的最大变动量。定位误差包括基准不重合误差和基准位移误差。由于定位基准副制造误差造成工序基准的位置变动对加工精度有直接影响。(1) 以平面作定位基准面时的定位误差计算 平面度误差很小，定位副制造不准确误差可忽略，所以定位误差主要由基准不重合引起。(2)以圆孔作定位基准面时的定位误差计算 工件孔与定位心轴无间隙配合，不存在定位副制造不准确误差，定位精度较高。 工件定位副单向靠紧定位可以把基准位移误差减小一半。如在定

11、位心轴水平放置，或单向推移工件靠紧定位时。保证加工精度实现 若规定工件的加工允差为工件，以夹具表示与采用夹具有关的误差，以加工表示除夹具外与工艺系统其它因素（如机床误差、刀具误差、受力受热变形等）有关的加工误差，为保证工件的加工精度要求，必须满足误差计算不等式 ： 工件夹具加工制订夹具公差时，应保证夹具的定位、制造和调整误差的总和不超过零件公差的三分之一。总复习之五： 机床夹具部分要点4、工件在夹具中的夹紧： 夹紧装置的组成及基本要求：组成：力源装置、中间传力机构和夹紧元件。 夹紧装置的作用： 改变作用力的方向，改变作用力的大小，使夹紧实现自锁。 夹紧机构应该满足的要求：夹紧时不破坏工件定位后

12、的正确位置 稳稳 夹紧时夹紧力大小要适当 牢牢 夹紧动作要迅速、可靠 快快夹紧力大小的估算夹紧力的大小根据切削力、工件重力的大小、方向和相互位置关系具体计算，并乘以安全系数K ，一般精加工K =1.52，粗加工K = 2.53。 5、夹具的连接元件、对刀装置和引导元件： 总复习之五： 机床夹具部分要点5、夹具的连接元件、对刀装置和引导元件： 总复习之六 ：机械加工质量的分析与控制部分要点 工艺系统受力变形工艺系统受热变形刀具磨损工艺残余应力引起的变形测量误差加工前的误差加工过程中的误差加工后的误差原始误差加工原理误差调整误差工件装夹误差机床误差夹具误差刀具制造误差1、机械加工精度的基本概念2、

13、影响加工精度的因素1）原始误差一、机械加工精度2）工艺系统几何误差（1）加工原理误差（2）机床误差主轴回转误差径向跳动、轴向跳动和角度摆动。导轨误差导轨在水平面及铅垂平面内的直线度误差,导轨的平行度误差对加工精度的影响：机床导轨直线度误差对不同的机床的不同的加工过程的影响也不同。若导轨误差引起切削刃与工件的相对位移产生在工件已加工表面的法线方向，对加工精度的影响较大，应重视；若产生在切线方向，则影响较小，可以忽略不计。机床传动链（内联系传动链）误差减小传动误差对加工精度影响的措施：缩短传动链； 提高传动元件特别是传动链末端件的制造精度；调整机床，消除传动件之间的间隙；采用误差修正或补偿机构。

14、定尺寸刀具和成形刀具的制造误差，展成加工中刀具切削刃的几何形状和有关尺寸误差，刀具不正确的安装和刀具的磨损都会直接造成被加工工件的尺寸和形状误差，影响加工精度。 一般刀具的制造精度对零件的加工精度无直接影响。（3）刀具的几何误差对加工精度的影响 包括定位元件、刀具引导元件、分度机构和夹具体的制造误差，定位元件之间的相互位置误差、使用中的磨损及其它误差都会影响被加工工件的加工精度。 （4）夹具的几何误差对加工误差的影响（5）定位误差对加工误差的影响含基准位移误差和基准不重合误差。 机械加工过程中，对工艺系统的各个环节进行调整时造成的误差叫调整误差。如安装夹具、调整刀具，对刻度盘、定程机构的精度及

15、与它们配合使用的离合器、电器开关、控制阀等元件的灵敏度，测量所用仪表、量具的制造和使用误差等。（6）调整误差 3）工艺系统的刚度对加工精度的影响 零件刚度、刀具刚度、机床部件刚度和夹具刚度对加工精度都有影响。 受力点位置变化引起的工件几何形状误差； 误差复映规律 ：由于毛坯误差导致加工余量的变化和材料性能的变化，引起切削力和工艺系统受力变形的变化，从而使工件产生尺寸和形状误差的现象称为误差复映。 =C/（KXT+C） = 1 2 3 减少工艺系统受力变形的途径 提高工艺系统中零件的配合质量,以提高接触刚度；设置辅助支承提高部件刚度；缩短切削力与支承点之间的距离。工艺系统热变形对加工精度的影响

16、减少发热和隔热；强制冷却，均衡温度场；采用“热对称结构”；使零件的热变 形尽量发生于不影响加工精度的方向上。工件残余应力引起的变形 采用时效处理等措施消除残余应力3. 加工误差统计分析1） 加工误差的分类(1)系统误差 在顺序加工一批零件中出现大小保持不变（常值系统误差）或有规律变化（变值系统误差）的误差，称为系统误差。 常值系统误差：原理误差、工艺系统各部分的制造误差和受力变形误差等。 变值系统误差：工艺系统各部分的热变形及刀具的磨损等引起的加工误差。(2) 随机误差 在顺序加工一批零件中出现大小和方向都无规律变化的误差，称为随机误差。如，毛坯误差的复映、定位误差、夹紧误差、操作误差及内应力

17、引起的误差等。 如果工艺系统不存在系统误差，只有随机误差，则被加工零件的尺寸按正态规律分布；如果工艺系统还有常值系统误差存在，则工件尺寸分别曲线形状不变，只是沿工件尺寸坐标轴发生平移；如果工艺系统还存在变值随机误差，则工件尺寸的分布曲线不再是简单的正态分布。2）正态分布yxoFX33X正态分布曲线法ESEILCLUCLXX/mmX点图2）工艺过程分布图分析：采用顺序小样本分析ESEILCLUCLRR/mmR点图4 .提高加工精度的途径1)直接消除或减小原始误差 消除误差产生的根源。2)误差补偿 利用专门装置产生反向误差。3)误差转移 将原工艺系统中难以控制的误差转移到新的工艺装置上。4)误差分

18、组 用较经济的方法获得精密的配合。如滚动轴承的装配。5)误差平均 利用密切关联的表面进行相互比较和检查，找出差异后进行相互修正或互为基准进行加工。 6)“就地加工”达到最终精度 将零件安装到机器确定的位置上，利用机器本身的相互运动关系对零件上关键的定位表面进行加工。7)加工过程中的积极控制 利用测量装置连续测量工件的实际尺寸，并与基准尺寸进行比较，随时修正刀具与工件的相互位置，直到二者差值不超过允许的误差为止。二、机械加工表面质量1 、表面质量表面质量的基本概念：表面的几何形状特征-表面层的物理、力学性能的变化零件加工表面层沿深度的组织及变化 显微硬度Q +残余应力压缩区吸附区纤维层热影响区基

19、体材料2、表面加工质量对零件使用性能的影响表面加工质量对零件的耐磨性、疲劳强度、抗腐蚀性和零件之间的配合性质有重要影响。初期磨损量与表面粗糙度的关系初期磨损量表面粗糙度重载荷轻载荷OO1O2?3、影响表面粗糙度的因素1）几何因素刀具在加工表面上的切削层残留面积的形状完全与刀具形状一致,其高度即为理论表面粗糙度值。 RmaxH=f2/82）物理因素 刀具刃口钝圆及后刀面与工件的挤压和摩擦; 积屑瘤和鳞刺； 工件材料性能；刀具角度；材料刃磨质量。3）切削用量4、磨削加工影响表面粗糙度的因素砂轮、磨削用量、工件材料、切削液。 1)影响表面层加工硬化的因素（1）刀具 刀具的刃口钝圆和后刀面磨损越大硬化

20、层的硬度和深度就越大。（2）切削用量 V增高，温度提高，硬化程度减小；f增大，切削力提高，塑变加剧，硬化程度提高，但是f太小会使刀具钝圆在加工表面上挤压次数增多，加剧硬化程度。（3）被加工工件材料 硬度越低、塑性越好，加工硬化程度越高。2) 减少表面层加工硬化的措施（1）合理选择刀具（2）限制刀具后刀面的磨损量（3）合理选择切削用量（4）加工时采用有效的切削液5、影响加工表面物理力学性质的因素 3）切削加工中，切削热使加工区及加工区附近的温度急剧升高，特别是磨削加工单位面积切削力、切削 速度及功率消耗远高于一般切削，工件材料的温升将造成加工表面金相组织的变化。 4）影响磨削加工中金相组织变化的

21、主要因素有工件材料、磨削温度、温度梯度及冷却速度等。若温度过高，可能会造成磨削过程中的回火烧伤和淬火烧伤现象。一些高合金钢的传热性能较差，在得不到充分冷却的情况下会产生深度金相组织变化，并伴随极大的残余应力，甚至出现裂纹。因此，磨削必须得到可靠的冷却。5、影响加工表面物理力学性质的因素5、影响加工表面物理力学性质的因素5）.表面层的残余应力 在切削和磨削过程中，表面层发生形状或组织改变时，在表面层与基体交界处的晶粒间或原始晶胞内就会产生相互平衡的弹性应力，称之为表面残余应力。其产生主要有三个原因：（1）冷塑性变形 机械加工时，工件表面层受拉应力作用产生伸长塑性变形，表面积增大，但内部却处于弹性

22、状态。切削力消失后，里层金属趋向复原但受表面的约束无法自由恢复原状，于是表面产生残余压应力，里层产生残余拉应力。（2）热塑性变形 机械加工时，切削区大量的切削热使工件的表面层温度明显高于里层，表面热膨胀受里层约束产生热压应力，此热压应力超过材料的弹性极限工件就产生热塑性变形，表面层材料相对缩短。温度恢复到与基体一致时，由于表面层已经产生塑性变形，其收缩受到里层材料的约束无法自由进行，产生残余拉应力，而里层材料产生残余压力。（3）金相组织变化 不同的金相组织有不同的密度，切削过程的高温引起表面层材料的相变，若造成材料体积的膨胀，表面层材料的膨胀受基体材料的约束将产生残余压应力；若造成表面层材料的

23、收缩，将产生残余拉应力。机械加工工艺规程设计机械加工工艺规程设计 有关机械加工工艺规程的几个概念工艺路线是指产品或零部件在生产过程中由毛坯准备到成品包装入库经过企业各有关部门或工序的先后 顺序。是制定工艺规程的重要依据。规定机械加工工艺过程和操作方法的工艺文件为机械加工工艺规程（简称工艺规程）工艺装备是产品制造过程中所用的各种工具的总和。如刀具、夹具、模具、量具、检验工具及辅助工具等。指导工人操作并进行生产和工艺管理的各种技术文件为工艺文件。工序、安装、工位、工步与走刀的关系机械加工工艺过程工序安装工步走刀工艺过程生产过程一 定位基准的选择一）基准的概念1 设计基准 设计图样上采用的基准。2

24、工艺基准 工艺过程中采用的基准。按用途分为工序基准、定位基准、测量基准和装配基准。精基准的选择 基准重合-基准统一-互为基准-自为基准粗基准选择原则 选择重要表面-不加工表面-加工余量最小的表面-平整、光洁或加工面积较大的表面作为粗基准 .粗基准在一个尺寸方向上只能使用一次 目的使避免重复使用引起较大的定位误差。一）表面加工方法的选择1 所选择加工方法的经济加工精度及表面粗糙度应与被加工表面的要求相适应。2 所用加工方法能保证加工表面的几何形状误差和表面相互位置要求。3 所选择加工方法要与零件材料的加工性能、热处理状况相适应。4所选择加工方法要与零件的生产批量相适应。5所选择加工方法要与本企业

25、的生产条件相适应。二）加工阶段的划分1 粗加工阶段 任务是切除各加工表面上的大部分余量并作出粗基准；关键问题是提高生产率。2 半精加工阶段 任务是减小粗加工留下的加工误差，为精加工作好准备并完成次要表面的加工。关键问题是要为精加工留下合适的余量。3 精加工阶段 任务是保证各主要表面达到设计图纸规定的技术要求。关键问题是如何保证加工质量。4 光整加工阶段 任务是减小表面粗糙度并进一步提高精度。基准先行-先粗后精-先主后次-先面后孔 三）切削加工顺序的安排1）为改善加工性能和金属组织的热处理工序 安排在机加工工序之前2）消除内应力的热处理工序 安排在粗加工之后，精加工之前。3）为提高零件表面硬度的

26、热处理工序 安排在半精加工之后，磨削之前。4）为提高零件的抗腐蚀能力的热处理工序含C超过0.5%的碳钢含C低于0.2%的碳钢退火降低硬度正火提高硬度精度要求很高的零件结构复杂的铸件安排多次时效处理粗加工前后都要安排时效处理渗碳淬火氮化、氰化处理次要表面加工之前渗碳安排在粗磨和精磨之间进行次要表面加工之后淬火发蓝、发黑处理 安排在机械加工之后进行检验工序 安排在粗加工完全进行之后、重要工序前后、零件在车间之间转换时及全部加工完成后。适时的安排去毛刺、清洗、去磁、涂防锈油等辅助工序并严格控制。工序的集中和分散注意！工序余量一般指的是公称余量。由工艺手册查出的加工余量和计算切削用量时所用的加工余量就

27、是公称余量。在计算第一道工序的切削用量时，因为余量公差很大，对切削过程影响也很 大，所以应采用最大工序余量。三 确定加工余量的方法1 分析计算法 常用于大批大量生产或贵重零件的生产。2 查表修正法 广泛应用于生产实践中。3 经验估计法 常用于单件小批生产中。一 机床的选择原则：1主要规格尺寸与加工零件的外廓尺寸适应。2精度与工序要求适应。3生产率与加工零件的生产类型适应。4尽量符合本企业实际。1 夹具的选择原则1）单件小批生产选用通用夹具；2）大批大量选用专用夹具；3）精度与工件的要求相适应。2 刀具的选择原则1）尽量选用通用和标准刀具；2）必要时才选用专用或复合刀具；3）刀具的类型、规格、和

28、精度与零件要求相适应。3 量具的选择原则1）单件小批生产采用通用量具；2）大批量生产采用专用检验工具；3）精度与工件的加工要求相适应；1 粗加工切削用量的选择原则 ap f V2 精加工切削用量的选择 着重考虑保证加工质量的基础上尽量提高生产率。1 基本时间2 辅助时间3 布置工作地时间4 休息和生理需要时间5 准备结束时间 1 尺寸链的画法1）确定封闭环2）从封闭环开始，按零件上表面的关系依次画出有关直接获得的尺寸作为尺寸链的组成环，直到尺寸的终端回到封闭环的起端形成一个封闭的图形，且应使组成环环数最少。3）确定增环和减环 2 尺寸链的解算应该注意的几个问题1）工艺尺寸连的构成取决于工艺方案

29、和具体的加工方法。2）确定封闭环是尺寸链解算过程中的关键。3）一个尺寸链只能解一个封闭环。工艺尺寸连链的计算封闭环的基本尺寸 A 0 = Ai - Ai 封闭环的极限尺寸 A0m ax = Ai max - Ai min A0min= Ai min- Ai max封闭环的上、下偏差 BSA0 = BSAi - BIAi BIA0 = BIAi - BSAi 封闭环的公差 T0 = Timi=1n-1i=m+1mi=1n-1i=m+1mi=1n-1i=m+1mi=1n-1i=m+1mi=1n-1i=m+1i=1n-1尺寸链计算所用符号TiTiT0公差BIAiBIAiBIA0下偏差BSAiBSAi

30、BSA0上偏差AIminAIminA0min最小尺寸AImaAImaA0max最大尺寸AiAiA0基本尺寸减环增环封闭环 环名符号例题2 如图所示零件在成批生产中用工件内端面E定位来铣缺口以保证尺寸8+0.250mm, 试确定工序A的尺寸和公差。8+0.25 015+0.070500-0.10AE解：1 首先确定尺寸8+0.25 0是封闭环； 2 绘制尺寸链。8+0.25 015+0.070500-0.10A如图可知尺寸15+0.070和尺寸A是增环，尺寸500-0.10为减环。3计算A的基本尺寸 由 8=（15+A）-50 得A=43mm4计算尺寸A的上偏差 由 0.25=（0 .07+BSA）-（-0 10） 得BSA= 0. 08mm5计算尺寸A的下偏差 由 0=0+BIA-0 得 BIA=0mm故铣缺口工序得工序尺寸应为：A=43 0. 080mm00.258封闭环00.10-50减环00.0715增